（食品科学专业论文）香蕉皮中多酚和果胶物质分步提取纯化的工艺研究.pdf

摘要 香蕉皮中多酚和果胶物质分步提取纯化的工艺研究 学科专业：食品科学入学时间：2 0 0 7 0 9 硕士研究生：尚丹答辩时间：2 0 0 9 1 2 导师：许学勤 授予学位时间： 摘要 香蕉是世界四大水果之一，在世界范围内有着广阔的种植面积，中国也是一个香 蕉生产的大国。近年来，随着香蕉深加工兴起，对含有诸如多酚、果胶等可利用物质香 蕉皮的综合利用，也在受到人们重视。香蕉全果重量3 0 为香蕉皮，对其进行丌发利用 显然对香蕉深加工的经济效益提高具有很大意义。本文综合研究了香蕉皮中多酚和果胶 物质的提取工艺，以期为香蕉皮的综合利用提供一定的实验依据。 首先，对粉状、新鲜和冷冻三种状态香蕉皮中多酚的溶剂法浸提进行试验。粉末状 香蕉皮多酚提取的最适工艺条件为：粒度6 0 目，提取温度5 0 ，提取时间6 0 m i n ，料液 比1 ：1 4 ，提取溶剂为5 0 乙醇；新鲜和冻藏状态香蕉皮多酚提取最适工艺参数是：提取 时间6 0 m i n 、料液比1 ：5 、提取温度5 0 、乙醇浓度为4 0 。粉末状、新鲜状和冷冻状香 蕉皮在上述条件下的多酚提取量( 干基) 依次为为2 9 4 5 m g g 、3 3 5 2 m g g 和3 4 5 6 m g g 。 多酚粗提物采用大孔径吸附树脂进行纯化，从吸附量和解析率两方面考虑选择 a b 8 树脂来纯化香蕉皮多酚类物质，树脂柱( 2 5c m x 3 0 c m ) 的纯化工艺条件为：香 蕉皮多酚液上样浓度为7 0m g m l ，上样流速1 0 m l m i n ；当上样体积为1 8 0 m l 时酚类开始 流出。上样体积到达6 6 0 m l 时树脂达到动态吸附饱和状态；对吸附后的树脂进行洗脱， 用8 0 ( v ) 乙醇溶液作为洗脱剂，洗脱流速为1 0m l m i n ，3 5 0 m l 的洗脱剂基本可以 将吸附的多酚类物质沈脱下来，解吸率达9 3 以上。经过a b 8 型大孔径吸附树脂的纯化， 香蕉皮多酚物质纯度从1 6 提高到7 9 6 。 以多酚提取后的香蕉皮渣为原料，进行了香蕉皮果胶物质的提取研究。果胶提取 工艺的最适参数是：以盐酸溶液为提取剂，提取温度为8 5 ，提取时间8 0 m i n ，料液比 为1 ：5 ，提取介质的p h 值为1 5 ，果胶提取得率为1 2 4 6 ( 干基) 。 带有一定颜色的果胶提取液采用活性碳脱色，试验确定的脱色工艺条件为：活性 炭使用量为0 9 9 1 0 0 m l ，脱色时间为4 0 m i n ，脱色温度为6 5 。脱色后的果胶液经浓缩 后进行乙醇沉淀，沉淀的工艺参数为：果胶浓度为8 9 m g m l ，沉淀体系乙醇浓度为7 0 ， 静置时间为4 0 m i n 。该工艺条件下果胶沉淀得率可达9 6 5 。 利用显色反应和紫外光谱对多酚纯化物进行初步定性检测，利用h p l c 对香蕉皮多 酚纯化物分析表明香蕉皮中含有没食子酸，儿茶素，表儿茶素，芦丁等物质；多酚还原 能力测定结果表明，多酚纯化物的还原能力比v c 强，清除过氧化氢的效率也较高，在 1 2 m g m l 浓度时过氧化氢的清除率达到9 3 6 。对果胶进行了部分理化性质的测定，本 试验得到的两种果胶产品凝胶度都 1 0 0 ，脱色果胶的半乳糖醛酸含量高于未脱色果胶。 关键词：香蕉皮、多酚、提取、果胶、纯化。 a b s t r a c t a b s t r a c t b a n a n a s ，o n eo ft h ef o u rf a m o u sf r u i t s ，a r em a s s i v e l yp r o d u c e di nm a n yp a r t sa r o u n d w o r l d ，i n c l u d i n gc h i n a r e c e n t l y , w i t hp o p u l a r i nb a n a n ad e e pp r o c e s s i n g ，u t i l i z a b l em a t e r i a l s t h eb a n a n ay i e l di sa l s ov e r yh i g h p e o p l ep a ym o r ea t t e n t i o no nt h ec o m p r e h e n s i v eu s eo f b a n a n ap e e lc o n t a i n i n gp o l y p h e n o l sa n dp e c t i n sb yt h er i s i n gp r o c e s s i n go fb a n a n a t h e w e i g h to fb a n a n ap e e la c c o u n t e df o r3 0 o fw h o l eb a n a n a t h e r e f o r e t h ep u r p o s eo ft h e p r e s e n t e dw o r kw a st oe x t r a c t ，i s o l a t ea n dp u r i f yt h ep h e n o l i ca n dp e c t i nc o m p o u n d sf r o m b a n a n ap e e l ，w h i c hw i l lb eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rf u r t h e ru t i l i z a t i o no fb a n a n a i nt h es t u d yo fe x t r a c t e ro fp o l y p h e n o l sf r o mf r e s h ，f r o z e na n dd r i e db a n a n ap e e l sw i t h s o l v e n tm e t h o d s ，f a c t si n c l u d i n gs o l v e n t s ，t e m p e r a t u r e ，t i m ea n dm a t e r i a l - s o l u t i o nr a t i o sw e r e i n v e s t i g a t e du s i n gs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t 硒er e s u l t ss h o w nt h a tt h ep o l y p h e n o l se x t r a c t e d f r o mb o t hf r o z e na n df r e s hb a n a n ap e e l sw e r eh i g h e rt h a nt h a tf r o md r i e db a n a n ap e e l s t h e o p t i m u mp o l y p h e n o le x t r a c t i o nc o n d i t i o n sf r o mf r o z e na n d f r e s hb a n a n ap e e lw e r ee x t r a c t i o n 6 0 m i n s o l i dl i q u i dr a t i o1 ：5 ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e5 0 ，c o n c e n t r a t i o no fe t h a n o l4 0 ( v v ) i nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h ee x t r a c t e dp o l y p h e n o l sf r o mb o t hf r o z e na n df r e s hb a n a n ap e e l s w e r e3 4 6 5 m g ga n d3 3 5 2 m g gr e s p e c t i v e l y t h ep o l y p h e n o l se x t r a c t i o nr e s u l t sh a v en o t v a r i e ds i g n i f i c a n t l yw i t h i nt w om o n t hf r o z e ns t o r a g et i m eo fb a n a n ap e e l p u r i f i c a t i o no fp o l y p h e n o lc r u d ee x t r a c t i o nf r o mb a n a n ap e e lo nm a c r o p o r o u sr e s i nw a s s t u d i e d t h r o u g hs t a t i ca d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nt e s t s ，a b - 8 r e s i nw a sc h o s e nf o rt h e s e p a r a t i o no fp h e n o l i c sd u et oi t sh i g h e ra d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nc a p a c i t y t h e n ，d y n a m i c a d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o ne x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u to na na b 一8r e s i np a c k e dc o l u m n ( 0 2 5 c m x 3 0 c m ) t oo b t a i no p t i m a ls e p a r a t i o np a r a m e t e r s t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h el a r g e s t a d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa b 一8w a s a c h i e v e dw h e ni n i t i a lp o l y p h e n o lc o n c e n t r a t i o nw a s7 m g m l ， f e e df l o wr a t ew a s1 0m l m i na n df e e dv o l u m ew a s6 6 0 m 1 t h es a t u r a t e dr e s i nw a sw a s h e d d e s o r b e dw i t h3 5 0 m lo f8 0 a q u e o u se t h a n o la tf l o wr a t eo f1 0m l m i n t h ed e s o r p t i o n r a t i o no fp h e n o l i c sf r o mr e s i nw a su pt o9 3 ，a n dt h ep u r i t yo fp o l y p h e n o l si nc r u d ee x t r a c t e r w a si n c r e a s e df r o m16 t o7 9 6 t h et e c h n o l o g i e so fe x t r a c t i o ni nh e a t i n gw a t e rb a t hp e t i o nw e r es t u d i e d ，t h eb e s t t e c h n o l o g yw a sa sf o l l o w s ：e x t r a c t i n gt e m p e r a t u r e8 5 ，t i m eo fh e a tp r e s e r v a t i o n8 0m i n ， s o l i d l i q u i dr a t i o1 ：5 ，e x t r a c t i n gp h1 5 ，t h er e s u l t i n ge x t r a c t i o ny i e l do fp e c t i no nd r yb a s i s w a s1 2 4 6 t h ed e c o l o r i z a t i o na n dp r e c i p i t a t i o no fp e c t i ni nl i q u i dp h a s ew e r es t u d i e d as e to f o p t i m u mc o n d i t i o n sf o rd e c o l o r i z a t i o no fp e c t i nw e r e ：a c t i v ec a r b o nc o n c e n t r a t i o no f 0 9 9 10 0 m 1 d e c o l o r i z a t i o nt i m eo f4 0 m i n ，d e c o l o r i z a t i o nt e m p e r a t u r eo f6 5 t h eb e s t t e c h n o l o g yo fa l c o h o lp r e c i p i t a t i o nw a sa sf o l l o w s ：t h ec o n c e n t r a t i o no fp e c t i n ，w a s8 9 m g m l ， c o n c e n t r a t i o no fa l c o h o lw a s7 0 t i m eo fp r e c i p i t a t i o n4 0m i n ，t h er e s u l t i n gy i e l do fp e c t i n p r e c i p i t a t ew a s9 6 5 s a m p l e sc o n t a i n i n gp o l y p h e n o l sh a sb e e np r e l i m i n a r ya n a l y z e dw i t hc o l o rr e a c t i o na n d u vs p e c t r u m h p l ca n a l y s i ss h o w e dt h a tb a n a n ap e e lc o n t a i n sg a l l i ca c i d ，c a t e c h i n ， e p i c a t e c h i n ，r u t i na n do t h e rs u b s t a n c e s t h et e s t e ds a m p l e sh a sh i g h e rr e d u c t i o nc a p a c i t yt h a n i i a b s t r a c t v ca n dh i g h e re f f i c i e n c yi nr e m o v i n gh 2 0 2 w i t hah y d r o g e np e r o x i d ec l e a r a n c er a t eo f9 3 6 a t1 2 m g m lc o n c e n t r a t i o no fs a m p l e s s o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fp e c t i nw e r e a s s a y e d ；t h eg e ld e g r e e so ft h et w oo b t a i n e dp e c t i ns a m p l e sw e r eb o t hh i g h e rt h a n10 0a n d ， t h e g a l a c t u r o n i c a c i dc o n t e n to ft h ed e c o l o r i z e dp e c t i ni s h i g h e r t h a nt h a to ft h e n o n d e c o l o r i z e dp e c t i n k e y w o r d s ：b a n a n ap e e l ，p o l y p h e n o l s ，e x t r a c t i o n ，p e c t i n ，p u r i f i c a t i o n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 日 期： 芦口( j 牵i 目迭日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 础 导师签名： 日 期： 1 引言 1 引言 1 1 香蕉皮概况 香蕉是人们最喜爱的水果之一，欧洲人因它能解除忧郁而称它为“快乐水果”，香 蕉还是女孩子钟爱的减肥佳果。香蕉营养丰富，含有称为“智慧之盐的磷，又有丰富 的蛋白质、膳食纤维、糖、钾、维生素a 和c ，是相当好的营养食品【l 】。香蕉皮是香蕉 果实的重要组成部分，占果实重量的3 0 左右，香蕉皮中k 、c a 、m g 、s 、f e 、z n 等 各种微量元素丰富【2 】，其中多种活性物质如多酚、抗坏血酸、果胶，低聚糖，纤维素、 半纤维素、木质素等膳食纤维也含量丰富【3 】。 由于香蕉皮中含有黑色素，多酚类物质，抗坏血酸等多种活性成分，使得香蕉皮在 抗氧化，抑制致病性细菌和病毒、抗诱变、抗癌等方面有很好的效果，具有极高的药用 价值；香蕉皮还有止渴、润肺肠、通血脉、增精髓等功效。香蕉皮炖熟吃，可防治高血 压及脑血管病变，同时对防治痔疮便血也有效【4 】。香蕉皮中含有丰富的果胶和纤维类物 质，是制备果胶和纤维的一种重要原料，香蕉皮可以用来制备一类功能性膳食纤维的食 品添加剂。香蕉皮的另外一项用途是作为饲料添加剂，香蕉皮中丰富的物质成分是动物 饲料原料的首选，香蕉皮的物质成分为香蕉皮在食品、药品、化妆品工业中的广泛应用 奠定了物质基础。 香蕉皮的利用开发近年来受到人们的重视，刘爱文【5 】、夏红【6 】从香蕉皮中提取果胶， 探讨了酸解条件对果胶提取效果的影响；赵肃清1 7 】对香蕉皮中的黑色素进行提取并对其 抗氧化性进行了研究。王立娟【8 】等对香蕉皮中的多糖提取进行了研究，徐云升【9 】对以香 蕉皮为原料制备多功能纤维添加剂进行了研究，郭先霞【l0 j 对香蕉皮中的脂肪酸进行了提 取研究，贾冬英 2 1 ，郭丽萍】等分别对粉状和新鲜状香蕉皮中多酚物质的提取和纯化工 艺进行了研究。 1 2 植物多酚概况 1 2 1 植物多酚种类及其功能特性 最初，人们将多酚类物质称为植物单宁( v e g e t b a e l a t n n i n s ) ，植物单宁是指分子量在 5 0 0 3 0 0 0 范围内的具有极性的多元酚。k f r e n d e n b e r g 在1 9 2 0 年按照单宁的化学结构特征 将其分为水解单宁和缩合单宁两大类【l2 1 。到1 9 8 1 年，h a s a l m 提出了植物多酚这一术语， 它是指包括单宁及相关化合物和聚黄烷醇类两大基本类型的化合物的总称。 酚类化合物由于其分子结构中含有若干个酚性羟基，具有较强的抗氧化作用和清除 自由基的能力，从而具有独特的生理功能和药理活性，对预防疾病和促进人体健康具有 非常积极的作用，引起人们丌发利用天然酚类化合物的极大兴趣【1 3 14 1 。植物多酚抗氧化 性体现在通过还原反应降低环境中氧含量或作为氢供体与环境中自由基结合终止自由 基引发的连锁反j 应【1 5 】。 总结植物多酚的抗氧化机制大概有以下四个方面： 江南大学硕十学位论文 1 ) 直接清除活性氧自由基； 2 ) 抑制脂质过氧化反应； 3 ) 鳌合金属离子； 4 ) 激活细胞内抗氧化防御系统。 另外植物多酚具有多种药理活性和生理活性，如多酚的收敛、止血、抑菌、抗炎、 等性质，可以作为外敷剂治疗皮肤的多种炎症和加速伤口愈合，对皮肤起保健作用。 1 2 2 植物多酚的提取和纯化方法 1 2 2 1 植物多酚提取方法 1 溶剂提取法 根据植物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对有效成分溶解度大，对无效成分 溶解度小的溶剂，将有效成分从植物组织中溶出。溶剂法提取植物多酚的原理：根据有 效成分植物多酚与提取溶剂的溶解度参数相似相溶原理，对植物中多酚类物质进行提 取。此法受到原料状态，提取时间，提取温度，料液比等一系列因素的影响【1 6 】。 近年来有一些多酚提取的新技术出现，如超声波辅助提取和微波辅助提取法【1 7 1 8 】， 超声波辅助提取是在溶剂提取法的基础上，利用超声波的机械作用、空化作用、热作用 等来破坏细胞的细胞壁，从而加速多酚物质的浸出，增加提取率，改善目标产物的选择 性，减少作用时间。微波是指频率为3 0 0 m h z 3 0 0 k m h z 的电磁波，微波频率比一般的无 线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”，具有很强的热效应和化学效应，微波提 取法即在溶剂法基础上，用微波能加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体 中分离，进入溶剂中的一个过程。 2 超高压萃取法 超高压为近年来引起各方关注的新兴技术，该技术能耗低而且环保、可在常温下处 理食品，不仅可用于食品的灭菌、灭酶处理，还可用于协同强化萃取过程。可以缩短提 取时间，又能避免高温对原料中有效物质的破坏，彭雪涮1 9 】等利用超高压萃取法提取苹 果中的多酚物质，取得较好的效果。 3 超临界萃取法 超临界萃取是以某一介质作为萃取剂，在其临界温度和临界压力时，从液体或固体 物料中萃取出待分离的组分的一种方法【4 1 。近年来开始有人把这项技术应用到多酚的提 取工艺中，如于基成【2 0 】等人利用超临界c 0 2 萃取技术提取绿茶中的茶多酚，条件是：温 度6 0 、压力2 5 m p a 、萃取时间1 h ，茶多酚的萃取率为4 3 6 8 。 1 2 2 2 植物多酚提纯化方法 提取到的多酚液是含有多种成分的混合物，要得到纯度较高的多酚物质还需要进行 分离纯化，多酚粗提取物分离纯化的主要方法有下列几种。 l 有机溶剂萃取法 有机溶剂萃取法是根据混合物中各种组分在两相中的分配系数不同的原理进行分 离纯化的，是多酚混合物初步纯化的主要手段，该法操作简单、易于掌握和控制，但有 机溶剂用量大，安全性差，成本较高。 2 1 引言 2 沉淀分离法 沉淀分离法包括冷却沉淀法和金属离子沉淀法。冷却沉淀法是根据植物多酚在热水 中溶解，大分子量多酚在低温下产生沉淀的性质而达到粗分离的目的；离子沉淀法是在 一定的条件下使多酚类物质与a 1 3 + 、z n 2 + 、f e 3 + 等金属离子产生络合沉淀，分离后用酸转 溶，最后用有机溶剂抽提出多酚物质。沉淀法具有溶剂用量少、设备简单、能耗低等优 点，易于推广应用，但其操作较复杂，沉淀剂用量及酸碱度不易控制【2 1 1 。 3 层析分离法 层析分离法是利用混合物中各成分在固定相和移动相中具有不同的平衡分配系数， 进行分离纯化的一种方法。实验室一般采用柱层析，包括吸附柱法、离子交换柱法和凝 胶过滤柱法。常用的层析柱填料有凝胶类、大孔径吸附树脂类、聚酞胺和反相键合相硅 胶。女h p i c i n e l l ia 等人采用e x t r a - - s e pc 1 8 柱通过调节样品不m p h 值将苹果多酚分为中性 成分和酸性成分【2 2 1 ，层析法分离的优点是试料用量少，选用合适的固定相和流动相能获 得高纯度的制品，而且层析填料可再生，能耗低，安全，有利于实现大规模生产【2 3 1 。 4 膜分离法 膜分离技术是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界能量或化学差为推 动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。与其他传统 的分离方法相比，膜分离具有过程简单、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操 作、可直接放大、可专一配膜等优点。 1 2 3 植物多酚的研究现状 国内多酚物质的研究始于上世纪8 0 年代中后期，主要集中在茶多酚( t p ) 和银杏黄酮 两方面，目前已达工业生产水平。m a l o t h m a n 研究了马来西亚地区热带水果中多酚的抗 氧化能力【2 4 】，c a t a l i n av a s c o 研究了厄瓜多尔主要水果中多酚类物质及其抗氧化能力口5 1 ， t s h o j i 等研究了苹果多酚提取物的毒理性和安全性【26 | ，近年来人们对多种原料中多酚物 质的提取都进行过研究，尤其是以生产过程中产生的废弃物为原料提取其中的多酚物 质，如板栗壳、香蕉皮、节果皮、节果渣，葡萄籽、芒果皮、橄榄粉等，大大拓宽了提 取多酚物质的原料来源，也为废弃物的再利用提供了途径。 1 3 果胶物质概况 1 3 1 果胶结构和功能特性 果胶是一种复杂的天然高分子多糖，广泛地分布于植物的果实、叶、茎、种子和根 中，主要存在于高等植物细胞壁和细胞内【2 7 屯8 1 ，果胶是以半乳糖醛酸为基本单位，主链 是由1 5 0 5 0 0 个q d 半乳糖醛酸基通过1 ，4 糖苷键连接而成的，在主链中相隔一定距离含 有q l 鼠李吡喃糖基侧链，因此果胶的分子结构由毛发区和均匀区组成【2 9 1 。毛发区是 由高度支链的q l 鼠李半乳糖醛酸组成；均匀区是由q d 半乳糖醛酸基组成的均聚半 乳糖醛酸，一部分半乳糖醛酸残基的c 6 上已被甲酯化，果胶分子的一级结构如图1 1 。 江南人学硕士学位论文 一o o hc o o ho h c o o h c o c h ， 图1 - 1 果胶分子的一级结构 f i g 1 - 1p r i m a r ym o l e c u l a rs t r u c t u r eo fp e c t i n 果胶具有良好的乳化、增稠、稳定和胶凝作用，故经常作为胶凝剂、稳定剂、乳化 剂、增稠剂、组织改良剂等天然食品添加剂应用在食品加工行业【3 0 】。用来制造果酱、果 冻、果脯、蜜饯、糖果食品、冰制品、酸奶制品、饮料和烤肉调味酱等，还可用作婴儿 食品和果汁的乳化剂和增稠剂；它还能被用作脂肪替代品【3 1 1 。此外，果胶不易被人体消 化吸收，对人体无毒无害，还具有降低血胆固醇、吸附肠中毒素、润肠通便、抗癌、降 血糖等多种作用，科研人员发现桔皮和苹果渣中的果胶有阻止前列腺癌转移的作用【3 2 】， 是医药行业中不可缺少的辅料。果胶还可用于制备铅蓄电池中的硫酸溶胶【3 3 1 ，在石油钻 探中，可作油水乳化剂掣3 4 】。 商品果胶主要是从柑橘皮和节果渣中提取得到，用于食品行业的果胶大部分来自柑 橘皮1 3 5 1 。苹果渣中约含1 0 1 5 ( 干基) 的果胶，柑橘皮中果胶约含2 0 3 0 ( 干基) 。 1 3 2 果胶的提取与纯化方法 果胶提取基本原理是将在植物体中的水不溶性原果胶分解为水溶性果胶，并使之与 植物中的纤维素、淀粉、天然色素等分离，从而获得一定纯度的果胶 3 6 3 刀。果胶生产工 艺主要分预处理、酸解、脱色，浓缩、沉淀、干燥等步骤。目前分解原果胶的方法有： 酸解法、微生物法和离子交换树脂法。国内多采用酸解法，国外这几种方法都有使用。 由于酸解法反应条件复杂，生产周期长，耗能、用水多，效率低【3 8 】，因此人们开始研究 新的果胶提取方法，如微波辅助提取法，其在果胶及其它植物天然成分提取中的优势日 益彰显【3 9 】。m k r a t c h a n o v a 等【4 0 1 利用微波辅助提取柑橘果胶，表明提取率有所增高。 离子交换法是近年来应用在果胶提取的新方法，该法是利用溶液中各种带电粒子与 离子交换剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。肖红【4 ，张燕4 2 1 等在制备果胶 时，在酸提取液中添加离子交换树脂来改进传统酸解法提取果胶的方法，取得了较理想 的效果。 果胶提取液脱色，浓缩后，需要对其进行沉淀处理以得到果胶干制品，果胶沉淀 工艺是制备高品质果胶的一个重要环节，近年来用于果胶沉淀的方法主要有下列几种。 l 乙醇沉淀法 该法是根据果胶不溶于乙醇的性质将果胶从水溶液中析出的方法。将果胶溶液浓缩 至一定程度，加入一定量的酒精，并进行机械搅拌，果胶沉淀后过滤，得到果胶滤饼， 滤液进行酒精回收。 2 盐析法 盐析法是一种电荷间互相作用引起的共同沉淀过程。盐析法省去浓缩因而使能耗降 低，亦节约乙醇用量，因而成本较低，是一种经济上可行的制造方法。但收率低，沉淀 4 1 引言 性状不好，且产品灰分含量高，溶解性差。 3 膜分离法 膜分离法是指利用天然或人工合成的高分子膜的选择性，以外界能量或化学位差为 推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，主要包 括渗透、反渗透、超滤、纳滤、电渗析、透析等【4 3 】。 1 3 3 果胶的研究现状 果胶提取的研究始于2 0 世纪5 0 年代，周尽花【4 4 j 等以柚子皮为原料提取果胶，果胶得 率达到1 4 9 ，沉淀后得到的果胶制品凝胶度为1 5 2 。鲁慧芳等采用苹果渣作为原料提 取果胶，得率为1 0 6 9 ，粘度法测定产品果胶粘均分子质量为8 9 8 k u 4 引。张红艳等采 用不同的方法提取不同原料中的果胶，得出结论：从桔皮中提取的果胶，其得率、提取 率及果胶的品质都相对比较好，该工艺已经相对比较成熟【4 6 】。吴惠芳利用盐析法从猕猴 桃皮渣中提取果胶，果胶得率达至1 j 4 ，比醇沉法的得率要剐47 1 。b m y a p o 和s u n r u n c a n g 等对甜菜中果胶提取的研究表明萃取条件对果胶的性质有很大的影响【4 8 4 9 1 。曾柏全等以 冰糖脐橙皮为原料提取果胶，考察了不同沉淀方法对果胶产品质量的影响【5 0 1 。张初署利 用超声波技术对菠萝皮渣中的果胶进行提取，果胶提取率达到9 2 【5 1 1 。刘智梅等以香蕉 根为原料，采用微波法提取其中的果胶物质，结果表明微波法比传统的方法更利于果胶 的提取【5 2 1 。m a r s h a l ll f i s h m a n 等采用微波辅助法对桔皮中的果胶提取进行研究，结果 表明该法能够提高果胶的凝胶性能1 5 引。 朱丹实等利用桔皮果胶作为脂肪替代品制备重油蛋糕，结果表明当替代量低于4 0 时，脂肪替代品可以成功替代重油蛋糕中的油脂【5 训。邱礼平等利用香蕉皮中提取的果胶 制备果胶保鲜膜【55 1 。t t u r q u o i s 等对甜菜果胶在食品中的应用作了研究，得出结论：甜 菜渣果胶作为增稠剂应用于番茄酱方面效果比较好【5 引。果胶作为增稠剂添加在酸奶中能 提供良好的流变特性与质感，使酸奶制品粒子分散性更好；p i y a w a n 等研究了果胶作为 增稠剂对玉米酸奶胶凝性的作用，结论是果胶作为增稠剂的添加量并非越高越好，在一 定范围内作用效果较为明显【57 1 。张燕研究了不同来源的果胶添加在发酵型酸奶中，结果 表明果胶的添加量受酪蛋白粒子大小的影响1 5 引。 1 4 立题背景与研究意义 本课题是广东省教育部产学研项目“粤西地区南亚热带果汁加工关键技术、新产品 开发及综合利用”( 编号2 0 0 7 8 0 9 0 1 0 0 0 0 9 ) 的部分研究内容。 香蕉是我国南方地区的重要经济作物，其综合丌发利用有极高的经济价值，香蕉皮 作为香蕉的主要组成部分，是香蕉综合利用的一个重要方面。香蕉皮有很多功效，如能 够抑菌，抗病毒，对于一些疾病也有很好的预防和治疗效果，而其中含有的果胶，多酚 等物质更是有着极高的利用价值，虽然近年来关于人们已经开始关注香蕉皮的利用问 题，但占香蕉重量3 0 的香蕉皮大部分还是被当成废弃物处理了，既造成资源的极大浪 费，又给环境带来很大的负担，充分利用香蕉皮成为一种必然趋势。国内有研究者从香 蕉皮中提取果胶、色素，多酚和制作饲料等，但报道的提取的条件和结果差别很大，且 江南大学硕士学位论文 都是单独提取，本文把香蕉皮中多酚和果胶物质的前后顺次提取结合起来，探讨一种综 合利用香蕉皮的途径，且对香蕉皮不同状态下多酚提取条件的变化做了系统的研究，以 期寻到一种能够短期贮藏香蕉皮的方法。 1 5 主要研究内容 本课题将着重从以下几个方面进行研究： ( 1 ) 不同状态香蕉皮多酚提取工艺研究； ( 2 ) 香蕉皮中多酚物质的纯化工艺研究； ( 3 ) 果胶提取和纯化研究； ( 4 ) 多酚和果胶部分性质的研究。 6 2 材料与方法 2 材料与方法 2 1 材料与仪器 2 1 1 原料 香蕉皮，购于江南大学永安超市的香蕉，取皮 2 1 2 试剂 没食子酸、无水乙醇、硫酸、咔唑、d 一半乳糖醛酸、槲皮素、芦丁、儿茶素、表儿 茶素、乙酸乙酯、过氧化氢、三氯化铁、硫酸亚铁、三氯化铝、氢氧化钠，试剂均为分 析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；五种大孔径吸附树脂，购于南开大学化工厂。 2 1 3 仪器 多功能榨汁搅拌机，上海骏笛电器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海跃进医疗 器械厂；s h b b 9 5 型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；离心沉淀机，上 海医用分析仪器厂；星海旋转蒸发器，无锡市星海王生化设备有限公司；电热恒温真空 干燥箱，上海医疗器械七厂：b s z 1 0 0 自动部分收集器，上海沪西分析仪器厂有限公司； h l 2 d 定时数显恒流泵，上海沪西分析仪器厂有限公司；d k z 4 5 0 b 型电热恒温振荡水 槽，上海森信实验仪器有限公司；u v l 0 0 0 紫外可见分光光度计，上海天美科学仪器有 限公司；n i c o l e t n e x u s 4 7 0 傅立叶变换红外光谱仪，美国n i c o l e t 公司；箱式电阻炉， 上海市实验仪器总厂；a g i l e n t1 1 0 0 高效液相色谱仪，美国a g i l e n t 公司。 2 2 实验方法 2 2 1 香蕉皮多酚提取纯化工艺流程 香蕉皮多酚提取纯化工艺流程如图2 - 1 所示。 图2 - 1 香蕉皮中多酚物质提取和纯化的流程图 f i g 2 1t h ef l o wc h a r to fe x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o np o l y p h e n o lf r o mb a n a n ap e e l 新鲜香蕉皮清洗后，沸水浴热烫3 - - , 5 m i n ，钝化其中的多酚氧化酶【5 9 6 叭。此后香蕉 皮以三种状态处理使用：( 1 ) 4 5 下热风干燥，过6 0 目筛制成粉状待用；( 2 ) 冰箱冷冻 至一1 8 ，再解冻使用；( 3 ) 直接使用。提取前用石油醚脱脂和除去色素等其他物质。 2 2 2 多酚溶剂浸提法的工艺研究 按照图2 1 的工艺路线进行多酚的提取，分别对提取溶剂、料液比、提取温度、提 取时间进行单因素实验，再选取合适的因素与水平进行正交试验【6 l 6 2 1 。 7 江南大学硕士学位论文 1 提取溶剂对多酚提取量的影响 分别按原料：溶剂重量为1 ：1 0 、1 ：3 和1 ：3 的比例、4 0 、震荡摇床中提取9 0 m i n ， 考查甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯，去离子水对粉状、新鲜和冻结状香蕉皮中多酚提取 率的影向。 2 提取温度对多酚提取量的影响 利用上述试验确定的三种状态香蕉皮多酚提取的最适溶剂条件，在3 0 6 0 4 c 范围 内浸耿9 0 m i n ，考查温度对提取量的影响。 3 液料比对多酚提取量的影响 在提取温度为4 0 。c 及提取时间为9 0 m i n 固定条件下，在料液比l ：6 一l ：2 0 范围内考察 料液比对粉状香蕉皮多酚物质取的影响，在1 ：1 1 ：6 范围内，分别考察料液比对冷冻和 新鲜湿态香蕉皮样品多酚物提取的影响。 4 提取时间对多酚提取量的影响 利用以上试验确定的溶剂、提取温度和料液比条件，在2 0 m i n 9 0 m i n 范围内，分别 就提取时间对三种不同状态香蕉皮多酚物质提取的影响进行试验。 5 浸提次数对多酚提取量的影响 粉状香蕉皮在乙醇浓度5 0 ，温度4 0 ，料液比1 ：1 2 和提取时间6 0 m i n 条件下，新 鲜和冻藏在4 0 乙醇，温度4 0 ，料液比1 ：4 和提取时间6 0 m i n 条件下，对同一批香蕉皮 样品分别进行1 、2 和3 次浸提试验，根据提取量确定浸提次数。 6 香蕉皮多酚提取的正交试验 在单因素试验的基础上，用l 9 ( 4 3 ) 正交试验对提取时间、提取温度、液料比、乙 醇浓度进行试验，以香蕉皮单位干基质的多酚提取量为指标，选择最适的浸提条件。 7 香蕉皮多酚总量的测定 用正交试验确定的最适提取条件，对香蕉皮中多酚物质进行多次提取，直至提取液 中不含多酚物质，合并提取液，测定香蕉皮中多酚物质的总量。 8 冻藏时间对多酚提取量的影响 香蕉皮经处理后的在1 8 条件下冻藏，在2 个月范围内，考察不同冻藏时间对香蕉 皮中多酚物质提取量的影响。 2 2 3 大孔树脂纯化香蕉皮多酚物质的工艺研究 按照图2 1 所示的多酚纯化的工艺路线进行多酚的纯化，树脂类型，上样液浓度， 上样液流速，洗脱液种类，洗脱液体积以及流速等单因素进行研究【6 3 6 4 1 。 1 树脂的预处理 树脂预处理步骤如下：( 1 ) 乙醇浸泡，将树脂放在9 5 的乙醇中充分浸泡，一般为 2 4 h ，然后用乙醇洗至洗出液加适量水无白色浑浊，再用去离子水洗尽乙醇。( 2 ) 5 n a o h 浸泡，把经过乙醇处理后的树脂浸泡在5 n a o h 溶液中5 h ，用去离子水洗至中性。( 3 ) 5 h c l 浸泡，把树脂浸泡在5 h c l 溶液中5 h ，用去离子水洗至中性，待用【】。 2 五种树脂的静态吸附量和解析率的测定 准确称取五种预处理过的大孔径吸附树脂各2 0 0 9 于2 5 0 m i 锥形瓶中，分别准确加 r 2 材料与方法 入已知浓度的香蕉皮多酚类溶液1 0 0 m l ，在3 0 下恒温振荡2 4 h ，振荡频率为1 2 0 r m i n ， 充分吸附后过滤，测定滤液中剩余的多酚浓度，静态吸附量可以按照下式计算： q e = ( c o c e ) v a v ( e ( ) = ( c o c e ) c o 1 0 0 式中： q 。：达到平衡时的吸附量( m g m l 树脂) ； e ： 吸附率( ) ； c o ：多酚液初始浓度( m g m 1 ) c 。：达到吸附平衡时的多酚液浓度( m g m 1 ) ； v 。：香蕉皮多酚液体积( m 1 ) ； w ： 树脂质量( g ) 。 取上面吸附饱和的树脂，加入1 0 0 m l9 5 的乙醇溶液，在3 0 下恒温振荡2 4 h ，频 率是1 2 0 r m i n ，过滤，测定滤液中多酚的浓度，按照下式计算各种树脂的解析率： d ( ) = c d v d ( c o c e ) v a 1 0 0 式中： d ： 解吸率( ) ； c a ：解吸液中多酚浓度( m g m 1 ) ； v d ：解吸液体积( m 1 ) ； 以树脂静态吸附量和解吸附率为指标，选择一种吸附量大，又易于解析的树脂，对 多酚物质进行层析柱的分离纯化。 3 动态吸附条件的选择 取大孔径树脂进行湿法装柱，考察上样液多酚浓度、上样流速等因素对树脂吸附量 的影响。分部收集流出液，流出液浓度达到上样浓度的1 1 0 时，停止上样，计算吸附量。 4 树脂的动态吸附试验 通过上面大孔树脂的静态吸附和解析率的试验，选择一种合适的大孔树脂对其进行 动态吸附试验。将预处理好的树脂湿法装入( m 2 5 c m x 3 0 c m ) 的玻璃层析柱内，用去离 子水平衡层析柱，柱床体积( b v ) 为1 2 0 m l ，将香蕉皮多酚提取液上柱，恒流泵控制一定 流速，用b s z 1 0 0 自动部分收集器进行分步收集( 1 0m l 份) ，定时检测流出液中香蕉 皮总多酚浓度。以流出液体积为横坐标，总多酚含量为纵坐标，做大孔径吸附树脂对香 蕉皮多酚的动态吸附曲线图，吸附达到饱和后，按照下式计算动态饱和吸附量： q = ( c i - c 2 ) v “v 式中： q ：动态吸附量( m g m l 树脂) ； c l ：上样液多酚浓度( m g m 1 ) ； c 2 ：流出液多酚浓度( m g m 1 ) ； v a ：香蕉皮多酚流出液体积( m 1 ) ； v ： 层析柱中树脂体积( m 1 ) 。 5 动态洗脱试验 对已吸附样品的树脂进行洗脱试验，用一定浓度的洗脱剂将吸附的多酚类化合物从 树脂上洗脱下来，直至洗脱液中不含多酚成分，绘出动态解吸曲线，并考察沈脱剂浓度、 9 江南大学硕+ 学位论文 洗脱流速对树脂动态解吸性能的影响，确定最佳的洗脱工艺条件。 2 2 4 香蕉皮果胶提取和纯化